Бомбардировка опухоли потоком нейтронов – это один из перспективных методов лучевой терапии. Широкое применение нейтронной терапии осложняется тем, что для неё используются крупногабаритные генераторы нейтронов, требующие строительства отдельных зданий.

Специалисты Всероссийского научно-исследовательского института автоматики им. Н. Л. Духова разработали генератор нейтронов, занимающий менее 1 м². Прибор устанавливается в любом радиационно-защищённом помещении, а значит, таким оборудованием можно будет обеспечить все крупные населённые пункты России. Координацией проекта занимается ООО «Центр Атоммед», финансированием – ГК «Росатом», а все экспериментальные исследования проводятся на базе Медицинского радиологического научного центра (МРНЦ) в Обнинске.

В четверг, 3 марта, в Медицинском радиологическом научном центре состоялась торжественная церемония первого физического запуска экспериментального компактного генератора нейтронов.

Рис. 1. Компактный генератор нейтронов.

Работа генератора основана на взаимодействии дейтерия и трития (²H и ³H), тяжёлых изотопов водорода. Под действием мощного электрического разряда молекулы дейтерия ионизируются – распадаются на электрон и дейтон, частицу, состоящую из протона и нейтрона.

«В реакции используется дейтон, который ударяет по тритию, – объясняет Анатолий Лычагин, заведующий лабораторией медицинской радиационной физики МРНЦ. – Дейтон плюс тритий дают ⁵He, который быстро распадается с выделением нейтрона и атома гелия. Реакция идёт с выделением тепла, поэтому нейтрон вылетает с энергией, в зависимости от угла, от 13 до 15,5 МэВ».

Такая реакция используется во многих генераторах нейтронов. Особенность нового прибора в том, что газообразный тритий улавливается мишенью из титана, а значит, для удаления излишков трития не нужно сооружать громоздкую систему откачки.

«Этот генератор имеет трубку, которая полностью герметична. Вообще-то, даже если вы эту трубку начнёте бить молотком, оттуда, из генератора, извлечёте, разобьёте, всё равно тритий наружу не попадёт, поскольку он там находится в твёрдом состоянии, – говорит Сергей Сыромуков, заведующий лабораторией ВНИИА. – И это решение позволяет кардинально уменьшить габариты генератора нейтронов, и увеличить его безопасность».

Во время нейтронной терапии раковые клетки повреждаются за счёт энергии нейтронов. Летящие с большой скоростью частицы сталкиваются с молекулами, содержащимися в клетках, и повреждают их. Например, поток частиц может привести к распаду молекул воды на протоны и гидроксильные радикалы, которые, в свою очередь, реагируют с биополимерами и вызывают гибель клеток.

Разработчики генератора предполагают, что в дальнейшем его можно будет использовать и для другой разновидности лечения – нейтрон-захватной терапии. Этот метод подразумевает применение тепловых нейтронов, обладающих малой энергией (порядка 0,025 эВ). Такой нейтрон может быть поглощён атомом бора, предварительно введённым в опухоль, с выделением большого количества энергии и образованием альфа-частицы и ядра лития. Этот вид терапии обладает высокой эффективностью и почти безвреден для окружающих опухоль здоровых тканей, но сегодня практически нигде не применяется из-за технических трудностей, связанных с получением нейтронов с нужной энергией.

Рис. 2. В течение ближайшего года учёные будут лечить от рака экспериментальных животных.

Испытания нового генератора нейтронов, как любого нового прибора или лекарства, начнутся с работы на клеточных культурах. На этом этапе можно оценить, насколько эффективно излучение, генерируемое установкой, убивает клетки опухоли, и исследовать, как оно влияет на здоровые клетки.

Следующий шаг – это испытания на животных, в первую очередь на мышах и крысах. На этом этапе можно получить больше информации об оптимальных дозах излучения и начать разрабатывать схемы лечения. Учёные планируют исследовать, насколько эффективным окажется сочетание нейтронной терапии с облучением гамма-частицами.

«Таким образом удаётся избежать кожных реакций, которые характерны для чистого нейтронного излучения, а благодаря нейтронам можно лечить радиорезистентные опухоли, в которых просто “гамма” не даёт такого эффекта», – поясняет Сергей Корякин, ведущий научный сотрудник лаборатории радиационной биофизики МРНЦ.

Медико-биологические испытания позволят усовершенствовать компактный нейтронный генератор. После этого он будет укомплектован системами защиты окружающих тканей от излучения и другой вспомогательной аппаратурой, и после испытаний на более крупных животных можно будет начать клинические исследования. «Создание полноценной системы – это вопрос года, может быть, полутора лет», – считает Пётр Щедровицкий, заместитель директора корпорации «Росатом».

По оценке разработчиков, при серийном производстве цена терапевтической установки составит около 40–45 миллионов рублей – примерно столько стоит в России магнитно-резонансный томограф. Можно надеяться, что генераторами нейтронов удастся обзавестись многим крупным медицинским центрам.